УДК 69.699.865
В.Т. Шаленный, доктор техн. наук, профессор, кафедра технологии, организации и управления строительством, Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского, Академия строительства и архитектуры, г. Симферополь
Ключевые слова: энергоэффективность, технологии наружного утепления и отделки, изделия и гранулы на основе пеностекла
Keywords: energy efficiency, technology of external insulation and finishing, products and granules based on foam glass
Представлены усовершенствованные конструкции наружного утепления и отделки стен гражданских зданий стеновыми блоками и гранулами из пеностекла – энергоэффективного, экологически чистого и долговечного строительного материала, изготавливаемого в том числе из промышленных и бытовых отходов стекольного боя. Усовершенствования заключаются в новой системе крепления блоков пеностекла при помощи пластиковых кронштейнов оригинальной конструкции, а также технологии устройства монолитных теплоизоляционных штукатурок из растворов и бетонов с заполнителями из гранулированного пеностекла. Показаны преимущества и технологические особенности выполнения работ по предложенным конструктивно—технологическим системам.
В Российской Федерации в расчете на 1000 человек населения используется всего 218 м3 теплоизоляции, в то время как этот показатель в Швеции составляет 600 м3, США – 500 м3, Финляндии – 420 м3, Японии – 350 м3 [1]. При этом в США и Бельгии на производство пеностекла приходится 24% от общего объема теплоизоляционных материалов в этих странах, а в России – менее 0,1% [1, с. 60]. В 2014 г. импорт пеностекольных изделий превышал суммарный годовой выпуск отечественных предприятий. С вводом в эксплуатацию новых производственных мощностей ситуация начинает изменяться к лучшему. Можно предположить будущее увеличение использования пеностекла и для утепления, и для отделки наружных стен строящихся и особенно реконструируемых гражданских зданий. Однако конкурентоспособность таких конструкций утепления стен по традиционно используемым оценочным показателям, к сожалению, до настоящего времени невысока.
Единственный, но существенный и до сих пор трудноустранимый недостаток конструктивно-технологических систем наружного утепления стен материалами из пеностекла – высокая себестоимость. Это объясняется как высокой стоимостью самих материалов, так и отсутствием учета других их положительных свойств, таких как долговечность, экологичность и пожаробезопасность. Далеко не полностью проработаны также вопросы улучшения конструктивных решений самой многослойной стены во взаимосвязи со свойствами пеностекла и технологией производства работ по ее утеплению и отделке. Поэтому цель нашей статьи – показать преимущества пеностекла как материала для утепления наружных стен с учетом упомянутых выше его уникальных свойств, а также возможные направления совершенствования технологии производства работ, позволяющие повысить его конкурентоспособность.
Известный на постсоветском пространстве завод-изготовитель «Гомельстекло» разработал типовую технологическую карту на производство работ по утеплению фасада данным материалом (ТТК №887/6т-2003) [2]. Но узким местом там является механическое крепление утеплителя из блоков пеностекла путем дюбелирования. Данная технология разрушает пеностекло вокруг крепления из-за его хрупкости, что непозволительно для подобных теплоизоляционных материалов. Чтобы ограничить механическое воздействие на материал хрупкого утеплителя, был разработан (с нашим участием) усовершенствованный способ крепления плитных утеплителей без дюбелей при помощи специальных кронштейнов. Метод защищен патентом РФ №162256 U1 и представлен в монографии [3].
Отличительными особенностями такой системы теплоизоляции-прототипа являются крепления к стене блоков из пеностекла с помощью стартового углепластикового кронштейна снизу и рядового кронштейна сверху по размерам блока, расположенных в горизонтальном направлении и прикрепленных к стене с помощью оцинкованных анкеров. При использовании такой системы предполагается дополнительно закреплять армирующий слой из стеклосетки традиционным приклеиванием к ранее устроенному слою утеплителя и только после твердения клеевого состава можно приступать к устройству тонкослойной цементно-песчаной штукатурки и окончательной отделке поверхности стены. Но подобные крепежные изделия из углепластика, к сожалению, до настоящего времени остаются достаточно дорогостоящими и дефицитными, поэтому их использование в нашей системе утепления и отделки не всегда будет оправданным. В некоторых случаях, ориентируясь на срок службы созданной системы в пределах 20-25 лет, кронштейны из углепластика можно заменить на подобные или усовершенствованные, но сделанные из дешевой и широко распространенной пластмассы.
Исходя из проведенного анализа недостатков конструктивной системы-прототипа, разработана и запатентована как полезная модель РФ №184426 U1 усовершенствованная конструктивно-технологическая система наружного утепления и отделки стеновыми блоками из пеностекла, представленная на рис. 1.
Усовершенствованная система теплоизоляции стеновых конструкций (1) блоками (2) из пеностекла содержит снаружи блоков армирующий слой (3) из стеклосетки и облицовочный слой цементно-песчаной штукатурки (4). Рядовой кронштейн крепления блоков к стене ранее сам был прикреплен к стене при помощи оцинкованного анкера (5) и выполнен разъемным из двух частей: уголка (6) с горизонтальной полкой (7) по горизонтальному шву между блоками и вертикально расположенной шайбы (8). На близком расстоянии к толщине блока от конструкции стены в горизонтальной полке выполнены вырезы, а в шайбе имеется паз по размерам, превышающим сечение полки. Как вариант, вместо круглой шайбы можно использовать аналогичные элементы другой, например, прямоугольной формы пластины.
На нижерасположенном блоке из пеностекла предполагается монтаж горизонтальной полки. В стене создают отверстие, куда устраивают оцинкованный анкер, прикрепляя уголковую часть кронштейна с полкой к стене. Далее на полку укладывают вышерасположенный блок из пеностекла и приступают к его фиксации вместе с нижерасположенным и армирующей стекло сеткой. Для чего эту сетку прорезают и одевают на полку кронштейна до прижатия к блокам.
Чтобы надежно зафиксировать такое положение блоков и стеклосетки, одевают шайбу на полку до совмещения паза шайбы с вырезами полки. Далее шайбу можно повернуть на 90°, а потом переместить по пазу вниз до упора. Далее процесс монтажа блоков и сетки аналогичным образом распространяется вдоль и вверх стены, а с некоторым отставанием от перечисленных работ устраивается цементно-песчаная штукатурка, полностью скрывающая элементы утепления, крепления и ее армирования для последующей долговременной и надежной эксплуатации.
При небольшой расчетной толщине дополнительного защитно-декоративного слоя облицовки, представленной мелкоштучными стеновыми блоками из пеностекла, дальнейшего развития требует и традиционная технология «мокрой» штукатурки с использованием сухих штукатурных смесей с заполнителем в виде гранул, песка или щебня. Ее трудоемкость можно существенно снизить при использовании вместо растворных маяков специальных профилей из оцинкованной стали или других материалов, оригинальным способом закрепляемых и выверяемых на поверхности стены, – см. [4, 5], а также патент РФ на полезную модель №185722 U1.
В случаях необходимости дополнительного монолитного утепления толщиной более 50 мм представляется перспективным также использование съемных разборно-переставных опалубочных систем, устанавливаемых, выверяемых и временно закрепляемых на этой стене при помощи анкерных устройств (рис. 2). Смесь приготавливается в смесительно-насосном агрегате и по шлангу подается в устроенную вертикальную полость, где уплотняется и твердеет. После чего производится распалубка и щиты перемещаются на вышележащий ярус бетонирования. Малоизученным в данной технологии до сих пор остается вопрос подбора оптимального состава смеси с заданными теплотехническими и прочностными свойствами дополнительно устраиваемого слоя утепления и отделки. Хотя известно, что конструкционно-теплоизоляционный бетон с плотностью порядка 1000 кг/м3 на основе гранул пеностекла оказывается вполне конкурентоспособным по сравнению с аналогичным керамзитобетоном [6].
С участием магистра Владимира Кузнецова произведена технико-экономическая оценка конкурентоспособности представленных конструктивно-технологических решений утепления наружных стен изделиями из пеностекла и монолитной штукатуркой на основе гранул пеностекла «Ivsil Termosil» по сравнению с традиционной технологией устройства штукатурной системы утеплителями из пенополистирола и минеральной ваты. Расчеты выполнялись на примере утепления существующего девятиэтажного крупнопанельного жилого дома в г. Симферополе с наружными керамзитобетонными стенами для доведения их термического сопротивления до уровня ныне действующих норм РФ. Результаты расчетов сведены в табл. 1.
Таблица. 1. Технико-экономическое сравнение рассмотренных вариантов утепления фасада крупнопанельного жилого дома в г. Симферополе
| Наименование показателя | Ед. изм. | Скрепленная теплоизоляция – пенополистирол и минвата | Теплоизоляцияблоками из пеностекла | Теплоизоляция монолитным пеностеклом |
| Площадь фасада здания | м2 | 3420 | 3420 | 3420 |
| Себестоимость, всего | тыс. руб. | 6798 | 8448 | 9637 |
| В т.ч. материалы и комплектующие | тыс. руб. | 5260 | 7242 | 9191 |
| То же, производство работ | тыс. руб. | 1529 | 1206 | 446 |
| Себестоимость единицы продукции | руб./м2 | 1988 | 2470 | 2818 |
| Трудоемкость производства работ | чел-дней | 2058 | 1862 | 1161 |
| Продолжительность производства работ | дней | 128 | 128 | 94 |
Суммарная стоимость устройства штукатурной системы теплоизоляции на основе пенополистирола, как и предполагалось, ниже, чем теплоизоляция блоками из пеностекла (на 12,3%), и существенно ниже, чем теплоизоляция монолитным пеностеклом (на 29,4%). Такая разница стоимости конструкций систем теплоизоляции связана с высокой стоимостью пеностекла и штукатурных смесей на основе его гранул. Однако трудоемкость по устройству системы теплоизоляции монолитным пеностеклом ниже почти на 44% скрепленной и на 38% – теплоизоляции блоками, а сроки производства работ могут быть сокращены примерно на 26%. Это связано с тем, что в технологии устройства данной системы при довольно существенной толщине штукатурного (теплоизолирующего) слоя удается сократить необходимые технологические перерывы за счет использования средств механизации и инвентарной опалубки.
Важно учитывать и другие положительные характеристики пеностекольных материалов: долговечность эксплуатации, негорючесть и экологичность. Такой учет возможен, например, с использованием методики оценки конкурирующих технологий путем построения профилей и радаров конкурентоспособности. Такую работу выполнили магистры Елена Лесникова и Олег Древетняк при сравнении технологий утепления многоэтажного жилого дома в Керчи утеплителем из пенополистирола и пеностекольными блоками по предложенной нами конструктивно-технологической системе. «Профиль» и «радар» позволяют разноразмерные показатели конечной продукции графически представить на одном оценочном поле и объединить их интегральным показателем [7]. Последний определялся как отношение площадей «профиля» и оценочного прямоугольного поля, причем каждый из отобранных показателей оценивался по пятибалльной системе и фиксировался на этом поле и в полярных координатах (рис. 3). Из анализа результатов следует, что предложенная технология утепления наружных стен блоками из пеностекла при помощи крепежа из пластика имеет более высокий интегральный показатель конкурентоспособности с учетом ее эксплуатационных качеств и, безусловно, имеет свою рациональную область применения, которую возможно уточнить еще и с учетом результатов экспертной оценки весомости каждого из включенных в модель составляющих.
В пользу устройства дополнительного защитно-отделочного слоя на основе монолитного бетона из гранул пеностекла следует отнести и то предположение, что в процессе такой термомодернизации существующих гражданских зданий решается проблема разгерметизации стыков панельных конструкций. Под новой монолитной облицовкой можно спрятать иногда необходимые по результатам обследования и проектирования стальные либо пластиковые элементы усиления существующих конструкций реконструируемых объектов. Преобразится и внешний облик не очень привлекательной застройки 60-70-х годов прошлого столетия.
К сожалению, слабо проработаны и не освещены в литературе технология и примеры использования монолитного теплоизоляционного бетона плотностью 300-500 кг/м3 с заполнителями в виде песка, щебня или гранул пеностекла, что может быть предметом дальнейших исследований. В этом направлении актуальной становится и задача назначения сроков ранней распалубки бетона, приготовленного из указанных компонентов.
Таким образом, обоснованы и в комплексе представлены усовершенствованные конструктивно-технологические системы утепления и отделки наружных стен существующих и строящихся гражданских зданий с использованием мелкоштучных изделий и монолитной штукатурки из пеностекла. Хотя себестоимость устройства предложенных конструктивно-технологических систем существенно выше (на 12-29%) по сравнению с традиционными на основе пенополистирола и минеральной ваты, они становятся вполне конкурентоспособными с учетом факторов экологичности, долговечности, а также огнестойкости и технологичности производства отделочно-изоляционных работ. Отметим целесообразность применения предложений при реконструкции существующих гражданских зданий, имеющих дефекты стыков стеновых панелей, необходимости усиления конструкций наружных стен. Монолитная штукатурка позволит скрыть и отремонтировать указанные признаки износа для последующей долговременной эксплуатации реконструируемых объектов.
Рис. 3. Профили (а) и радары (б) конкурентоспособности при сравнении технологий утепления стен жилого дома в Керчи с учетом показателей: 1 – стоимость производства работ, 2 – стоимость материалов, 3 – среднее количество рабочих на объекте, 4 – стоимость м2 утепленной поверхности фасада, 5 – продолжительность работ, 6 – суммарная стоимость, 7 – стойкость к воздействию агрессивной среды, 8 – надежность конструкции, 9 – срок эксплуатации, 10 – удельная трудоемкость
Библиографический список
1. Шелихов Н.С., Рахимов Р.З. Производство и применение пеностекла в тепловой изоляции: учебное пособие / Н.С. Шелихов, Р.З. Рахимов – Казань: Издательство Казанск. гос. архитект.-строит. ун-та, 2016. – 331 c.
2. Тепловая изоляция ограждающих конструкций зданий и сооружений с использованием материалов из пеностекла. Технический кодекс установившейся практики. – Минск, 2006. – 97 с.
3. Романенко Т.Н., Федоркин С.И., Шаленный В.Т. Утепление ограждающих конструкций: / Т.Н. Романенко, С.И. Федоркин, В.Т. Шаленный: «East West» Association for Advanced Studies and Higher Education GmbH, Am Gestade 1, 1010, – Vienna, Austria, 2016. – 365 с.
4. Герман А.С., Шаленный В.Т., Чубукчи Э.С., Тупицын Д.А. Развитие технологии мокрой штукатурки стен путем создания нового инструмента для провешивания поверхностей и установки маяков // Строительство и техногенная безопасность, №46, 2013, с. 81-84.
5. Шаленный В.Т. Ресурсосберегающее развитие технологий применения изделий из пеностекла в многослойных конструкциях наружных стен, полов и кровель // Строительство и техногенная безопасность, №11 (63), 2018, с. 79-87.
6. Семейных Н.С., Сопегин Г.В., Федосеев А.В. Оценка физико-механических свойств пористых заполнителей для легких бетонов // Вестник МГСУ, Т.13, Вып. 2(113), 2018, с. 203-212.
7. Фасхиев Х.А. Оценка экономической эффективности качества и конкурентоспособности изделий /Х.А. Фасхиев // Вестник машиностроения, №10, 2000, с. 59-66.
